CN106640470A - 用于控制起动机限流器的起动机保护器及其汽车起动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于控制起动机限流器的起动机保护器，包括高边开关、第一、第二、第三采样电路和控制器。高边开关用于串联在外部控制电压至起动机限流器的控制端的连接路径上，外部控制电压用于控制起动机限流器执行限流工作。第一、第二、第三采样电路用于分别采集起动机限流器的输入端电压、输出端电压及外部控制电压。控制器的输入端分别与第一、第二和第三采样电路的输出端连接，输出端与高边开关的控制端连接，用于控制高边开关的导通和关断。本发明还公开了一种汽车起动控制系统。本发明可在起动过程中识别出起动机限流器和起动机发生故障的状况，并在发生故障时自动切断外部控制电压与起动机限流器之间的连接，从而对起动机起到保护。

Description

用于控制起动机限流器的起动机保护器及其汽车起动控制 系统

技术领域

本发明涉及汽车起动控制技术。

背景技术

目前，越来越多的汽车起动控制系统使用了起动机限流器。图1示出了现有的使用起动机限流器的汽车起动控制系统的原理示意图。如图所示，现有的汽车起动控制系统包括蓄电池U1、点火开关起动控制电路2、起动机限流器3、起动机通电开关电路4以及起动机5。点火开关起动控制电路2的输入端与蓄电池U1的输出端连接，点火开关起动控制电路2的输出端分别与起动机限流器3的控制端和起动机通电开关电路4的控制端连接。起动机限流器3的输入端与蓄电池U1的输出端连接，起动机限流器3的输出端与起动机通电开关电路4的输入端连接，起动机通电开关电路4的输出端与起动机5连接。

其中，起动机限流器3包括开关控制电路31、限流电阻R1、限流支路开关S1和非限流支路开关S2。开关控制电路31的输入端与点火开关起动控制电路2的输出端连接，开关控制电路31的第一输出端和第二输出端分别与限流支路开关S1的控制端和非限流支路开关S2的控制端连接。限流支路开关S1的第一端与蓄电池U1的输出端连接，限流支路开关S1的第二端与限流电阻R1的一端连接，限流电阻R1的另一端与起动机通电开关电路4的输入端连接。非限流支路开关S2的第一端与限流支路开关S1的第一端连接，非限流支路开关S2的第二端与限流电阻R1的另一端连接。点火开关起动控制电路2由点火开关打开档继电器K1和点火开关起动档继电器K2组成，点火开关打开档继电器K1的常开触点1a与点火开关起动档继电器K2的常开触点2a相互串联。起动机通电开关电路4由起动继电器K3构成，起动继电器K3的电磁线圈与点火开关起动控制电路2的输出端连接，起动继电器K3的常开触点3a串联在起动机限流器3的输出端与起动机5之间。

当点火开关打开档（ON档）继电器K1的触点1a和点火开关起动档（ST档）继电器K2的触点2a闭合时，起动机限流器3的开关控制电路31和起动继电器K3得电。开关控制电路31控制起动机限流器的限流支路开关S1导通，同时起动继电器K3的触点3a也导通，限流电阻R1开始工作。经过预定的延时时间t（通常设为100ms）后，开关控制电路31控制起动机限流器的非限流支路开关S2导通，由限流支路开关S1和限流电阻R1组成的限流支路32被短路，由蓄电池U1流出的电流通过非限流支路33、起动继电器K3的常开触点3a流入起动机5，限流电阻R1不再工作。

起动机限流器存在着失效的可能性，起动机5也有发生电机堵转和电机过载的可能性，而现有的使用起动机限流器的汽车起动控制系统缺乏相应的保护功能。一旦起动机发生电机堵转或过载，或是起动机限流器失效，而起动机仍在继续工作的话，不仅会导致起动机的损坏，还会带来安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种起动机保护器，其能够在起动机的起动过程中识别出起动机限流器和起动机发生故障的状况，并在起动机限流器和起动机发生故障时自动切断外部控制电压与起动机限流器之间的连接，从而对起动机起到保护作用。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种采用了上述起动机保护器的汽车起动控制系统。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种用于控制起动机限流器的起动机保护器，所述的起动机保护器包括：

高边开关，高边开关用于串联在外部控制电压至起动机限流器的控制端的连接路径上，外部控制电压用于控制所述起动机限流器执行限流工作；

第一采样电路，用于采集起动机限流器的输入端电压；

第二采样电路，用于采集起动机限流器的输出端电压；

第三采样电路，用于采集所述的外部控制电压；

控制器，控制器的输入端分别与第一采样电路的输出端、第二采样电路的输出端和第三采样电路的输出端连接，控制器的输出端与高边开关的控制端连接；控制器用于控制高边开关的导通和关断；其中：

控制器在确认第三采样电路采集到外部控制电压时控制高边开关导通；

控制器在高边开关导通时将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与预设的电压阈值V1进行比较，如果KL30＜V1且KL30＜V1的持续时间超过预设的第一时间T1，则控制高边开关断开；

控制器从高边开关导通之时起经过预设的第二时间T1后，将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与第二采样电路采集到的起动机限流器输出端电压KLS之间的电压差KLD同预设的电压差阈值V2进行比较，如果KLD＞V2，则控制高边开关断开；

并且，控制器将所述高边开关导通的时间与预设的第三时间T3进行比较，如果高边开关导通的时间超过预设的第三时间T3，则控制高边开关断开；

预设的第二时间T2大于所述起动机限流器执行限流工作的时间，所述预设的第三时间T3比预设的第一时间T1和预设的第二时间T2都大。

本发明实施例还提供了一种汽车起动控制系统，包括蓄电池、点火开关起动控制电路、起动机限流器、起动机通电开关电路以及起动机；点火开关起动控制电路的输入端与所述蓄电池的输出端连接，点火开关起动控制电路的输出端与起动机通电开关电路的控制输入端连接；起动机限流器的输入端与蓄电池的输出端连接，起动机限流器的输出端与起动机通电开关电路的输入端连接，起动机通电开关电路的输出端与起动机连接；其中，汽车起动控制系统还包括起动机保护器；起动机保护器包括：高边开关，高边开关串联在所述点火开关起动控制电路的输出端至起动机限流器的控制端的连接路径上，起动机限流器在接收到点火开关起动控制电路输出的外部控制电压时执行限流工作；第一采样电路，用于采集起动机限流器的输入端电压；第二采样电路，用于采集起动机限流器的输出端电压；第三采样电路，用于采集所述的外部控制电压；控制器，控制器的输入端分别与第一采样电路的输出端、第二采样电路的输出端和第三采样电路的输出端连接，控制器的输出端与高边开关的控制端连接；控制器用于控制高边开关的导通和关断，其中：控制器在确认第三采样电路采集到外部控制电压时控制高边开关导通；控制器在高边开关导通时将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与预设的电压阈值V1进行比较，如果KL30＜V1且KL30＜V1的持续时间超过预设的第一时间T1，则控制高边开关断开；控制器从高边开关导通之时起经过预设的第二时间T2后，将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与第二采样电路采集到的起动机限流器输出端电压KLS之间的电压差KLD同预设的电压差阈值V2进行比较，如果KLD＞V2，则控制高边开关断开；并且，控制器将高边开关导通的时间与预设的第三时间T3进行比较，如果高边开关导通的时间超过预设的第三时间T3，则控制高边开关断开；预设的第二时间T2大于所述起动机限流器执行限流工作的时间，预设的第三时间T3比预设的第一时间T1和预设的第二时间T2都大。

采用上述技术方案后，本发明至少达到以下的有益效果之一：

本发明实施例的起动机保护器通过采集起动机限流器的输入端电压和输出端电压，由控制器对这些电压信号进行处理，可识别出电机堵转、过载和起动机限制器失效的情况，并在起动机限流器和起动机发生故障时自动切断外部控制电压与起动机限流器之间的连接，进而切断起动机的电源，从而保护起动机不被烧坏。

附图说明

图1示出了现有的使用起动机限流器的汽车起动控制系统的原理示意图。

图2示出了根据本发明一实施例的汽车起动控制系统以及起动机保护器的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

图2示出了根据本发明一实施例的汽车起动控制系统以及用于控制起动机限流器的起动机保护器的原理示意图。请参考图2，根据本发明一实施例的汽车起动控制系统包括蓄电池U1、点火开关起动控制电路2、起动机限流器3、起动机通电开关电路4以及起动机5。点火开关起动控制电路2的输入端与蓄电池U1的输出端连接，点火开关起动控制电路2的输出端与起动机通电开关电路4的控制输入端连接。起动机限流器3的输入端与蓄电池U1的输出端连接，起动机限流器3的输出端与起动机通电开关电路4的输入端连接，起动机通电开关电路4的输出端与起动机5连接。

根据本发明一实施例的汽车起动控制系统与现有的汽车起动控制系统的主要区别在于，根据本发明一实施例的汽车起动控制系统还包括一起动机保护器6。

起动机保护器6包括高边开关60、第一采样电路61、第二采样电路62、第三采样电路63和控制器64。

高边开关60串联在点火开关起动控制电路2的输出端至起动机限流器3的控制端的连接路径上，起动机限流器3在接收到点火开关起动控制电路2输出的外部控制电压时执行限流工作。高边开关60可以是三极管、MOS管或继电器。使用三极管的好处是，三极管有限流功能，在短路的情况下，可以自我保护。

第一采样电路61用于采集起动机限流器3的输入端电压KL30，也即蓄电池U1的输出端电压。第二采样电路62用于采集起动机限流器3的输出端电压KLS。第三采样电路63用于采集点火开关起动控制电路2输出的外部控制电压KL50。

控制器64的输入端分别与第一采样电路61的输出端、第二采样电路62的输出端和第三采样电路63的输出端连接，控制器64的输出端与高边开关60的控制端连接。控制器64用于控制高边开关60的导通和关断。其中：控制器64在确认第三采样电路63采集到所述的外部控制电压时控制高边开关60导通；控制器64在高边开关60导通时将第一采样电路61采集到的起动机限流器输入端电压KL30与预设的电压阈值V1进行比较，如果KL30＜V1且KL30＜V1的持续时间超过预设的第一时间T1，则控制高边开关60断开；控制器60从高边开关60导通之时起经过预设的第二时间T2后，将第一采样电路61采集到的起动机限流器输入端电压KL30与第二采样电路62采集到的起动机限流器输出端电压KLS之间的电压差KLD（KLD=KL30-KLS）同预设的电压差阈值V2进行比较，如果KLD＞V2，则控制高边开关60断开；并且，控制器64将高边开关60导通的时间与预设的第三时间T3进行比较，如果高边开关60导通的时间超过预设的第三时间T3，则控制高边开关60断开。也就是说，上述三种情况有任何一种情况发生，控制器64都会控制高边开关60断开。高边开关60断开后，起动机限流器3因不再接收到外部控制电压，进而切断了蓄电池U1对起动机5的供电，从而对起动机5起到保护作用。预设的第二时间T2大于起动机限流器执行限流工作的时间，预设的第三时间T3比预设的第一时间T1和预设的第二时间T2都大。通过使高边开关60在其导通时间达到预设的第三时间T3后立即断开，可以防止因驾驶员一直打火，造成起动机过载。在本实施例中，起动机限流器执行限流工作的时间为100ms。控制器64优选采用MCU，但不限于此，也可采用硬件电路的方式实现。

优选地，控制器64在接收到第三采样电路63采集到的外部控制电压KL50的上升沿时，将第一采样电路61采集到的起动机限流器输入端电压KL30（即蓄电池U1的输出电压）与预设的电压范围进行比较，若起动机限流器输入端电压KL30位于预设的电压范围内则控制高边开关60导通，如果超出该预设的电压范围，则不会导通高边开关60。当蓄电池U1的额定输出电压为12V时，该预设的电压范围例如可设为10～14V。进一步地，控制器64从接收到上升沿之时起经过预设的第四时间T4后进入休眠模式。预设的第四时间T4的取值范围为5～5.5s，优选为5s。

在本实施例中，起动机限流器3包括开关控制电路31、限流电阻R1、限流支路开关S1和非限流支路开关S2。

开关控制电路31的输入端与高边开关60的输出端连接，开关控制电路31的第一输出端和第二输出端分别与限流支路开关S1的控制端和非限流支路开关S2的控制端连接；限流支路开关S1的第一端与蓄电池U1的输出端连接，限流支路开关S1的第二端与限流电阻R1的一端连接，限流电阻R1的另一端与起动机通电开关电路4的输入端连接。非限流支路开关S2的第一端与限流支路开关S1的第一端连接，非限流支路开关S2的第二端与限流电阻R1的另一端连接。开关控制电路31用于在接收到高边开关60输出的外部控制电压KL50 IN时先控制起动机限流器的限流支路开关S1导通，在经过预定的延时时间t（即起动机限流器执行限流工作的时间，通常设为100ms）后再控制非限流支路开关S2导通，而在没有接收到高边开关60输出的外部控制电压KL50 IN时控制限流支路开关S1和非限流支路开关S2都断开，从而切断蓄电池U1对起动机5的供电。

在本实施例中，点火开关起动控制电路2由点火开关打开档继电器K1和点火开关起动档继电器K2组成，点火开关打开档继电器K1的常开触点1a与点火开关起动档继电器K2的常开触点2a相互串联。起动机通电开关电路4由起动继电器K3构成，起动继电器K3的电磁线圈与点火开关起动控制电路2的输出端连接，起动继电器K3的常开触点3a串联在起动机限流器3的输出端与起动机5之间。

在起动机5正常工作时，当点火开关打开档（ON档）继电器K1的触点1a和点火开关起动档（ST档）继电器K2的触点2a闭合时，起动继电器K3得电，起动继电器K3的触点3a闭合。控制器64检测到第三采样电路63采集到的点火开关起动控制电路2输出的外部控制电压KL50(外部控制电压)的上升沿，将第一采样电路61采集到的起动机限流器输入端电压KL30与预设的电压范围进行比较，若起动机限流器输入端电压KL30位于预设的电压范围内，则控制高边开关60导通。开关控制电路31获得高边开关60输出的外部控制电压KL50 IN，进而控制起动机限流器的限流支路开关S1导通，使限流电阻R1开始工作。经过预定的延时时间t（通常为100ms）后，开关控制电路31控制起动机限流器的非限流支路开关S2导通，由限流支路开关S1和限流电阻R1组成的限流支路32被短路，由蓄电池U1流出的电流通过非限流支路33、起动继电器K3的常开触点3a流入起动机5，限流电阻R1不再工作。

以蓄电池的输出电压为12V为例。当起动机限流器3和起动机5均工作正常时，在限流支路开关S1导通后、同时非限流支路开关S2导通前，由于存在着限流电阻R1的压降，起动机限流器输入端电压KL30与起动机限流器输出端电压KLS之间的电压差KLD会大于某个电压值，例如1.6V。经过100ms的延时时间t、非限流支路开关S2导通之后，由于限流支路开关S1和限流电阻R1组成的限流支路32被短路，电压差KLD会下降到低于某个电压值，例如1.0V。整个起动机起动过程中，起动机限流器输入端电压KL30会大于某个电压值，例如9V。而起动机限流器3工作不正常的情况有两种：一种情况是限流支路32失效，电流只能通过与限流支路32并联的非限流支路33流入起动机5，蓄电池U1的输出端电压（即起动机限流器输入端电压KL30）会下降到低于某个电压值，例如7V以下；另一种是非限流支路33失效，电流只能通过限流支路32流入起动机5，起动机限流器输入端电压KL30与起动机限流器输出端电压KLS之间的电压差KLD会大于某个电压值，例如1.6V。起动机5工作不正常的情况也有两种：一种情况是起动机发生堵转，此时起动机5相当于短路到地，这样的话蓄电池U1到起动机5的回路电流会变得很大，由于蓄电池U1的内阻的原因使得蓄电池U1的输出端电压（即起动机限流器输入端电压KL30）会下降到低于某个电压值，例如6V以下；另一种情况是起动机过载，蓄电池U1到起动机5的回路电流也会变得很大，但要小于起动机发生堵转的情况， 此时起动机限流器输入端电压KL30也会下降到低于某个电压值，例如8.5V以下。根据上述原理，在蓄电池的输出电压为12V时，电压阈值V1可设为8.5V，电压差阈值V2可设为1.6V。预设的第一时间T1可设为300～800ms，优选为300ms。预设的第二时间T2的取值范围为180～220ms，优选为200ms。预设的第三时间T3可设为2min。

本发明实施例的起动机保护器通过采集起动机限流器的输入端电压和输出端电压，由控制器对这些电压信号进行处理，可识别出电机堵转、过载和电机电流限制器失效的情况，并在起动机限流器和起动机发生故障时自动切断外部控制电压与起动机限流器之间的连接，进而切断起动机的电源，从而保护起动机不被烧坏。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于控制起动机限流器的起动机保护器，其特征在于，所述的起动机保护器包括：

高边开关，所述高边开关用于串联在外部控制电压至所述起动机限流器的控制端的连接路径上，所述的外部控制电压用于控制所述起动机限流器执行限流工作；

第一采样电路，用于采集所述起动机限流器的输入端电压；

第二采样电路，用于采集所述起动机限流器的输出端电压；

第三采样电路，用于采集所述的外部控制电压；

控制器，所述控制器的输入端分别与所述第一采样电路的输出端、第二采样电路的输出端和第三采样电路的输出端连接，所述控制器的输出端与所述高边开关的控制端连接；所述控制器用于控制所述高边开关的导通和关断；其中：

所述控制器在确认所述第三采样电路采集到所述的外部控制电压时控制所述高边开关导通；

所述控制器在高边开关导通时将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与预设的电压阈值V1进行比较，如果KL30＜V1且KL30＜V1的持续时间超过预设的第一时间T1，则控制所述高边开关断开；

所述控制器从高边开关导通之时起经过预设的第二时间T2后，将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与第二采样电路采集到的起动机限流器输出端电压KLS之间的电压差KLD同预设的电压差阈值V2进行比较，如果KLD＞V2，则控制所述高边开关断开；

并且，所述控制器将所述高边开关导通的时间与预设的第三时间T3进行比较，如果高边开关导通的时间超过预设的第三时间T3，则控制所述高边开关断开；

所述预设的第二时间T2大于所述起动机限流器执行限流工作的时间，所述预设的第三时间T3比预设的第一时间T1和预设的第二时间T2都大。

2.如权利要求1所述的用于控制起动机限流器的起动机保护器，其特征在于，所述的高边开关为三极管、MOS管或继电器。

3.如权利要求1所述的用于控制起动机限流器的起动机保护器，其特征在于，

所述控制器在检测到第三采样电路采集到的外部控制电压的上升沿时，将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与预设的电压范围进行比较，若起动机限流器输入端电压KL30位于所述预设的电压范围内则控制所述高边开关导通。

4.汽车起动控制系统，包括蓄电池、点火开关起动控制电路、起动机限流器、起动机通电开关电路以及起动机；所述点火开关起动控制电路的输入端与所述蓄电池的输出端连接，所述点火开关起动控制电路的输出端与所述起动机通电开关电路的控制输入端连接；所述起动机限流器的输入端与所述蓄电池的输出端连接，所述起动机限流器的输出端与所述起动机通电开关电路的输入端连接，所述起动机通电开关电路的输出端与所述起动机连接；其特征在于，所述汽车起动控制系统还包括起动机保护器；所述的起动机保护器包括：

高边开关，所述高边开关串联在所述点火开关起动控制电路的输出端至所述起动机限流器的控制端的连接路径上，所述起动机限流器在接收到点火开关起动控制电路输出的外部控制电压时执行限流工作；

第一采样电路，用于采集所述起动机限流器的输入端电压；

第二采样电路，用于采集所述起动机限流器的输出端电压；

第三采样电路，用于采集所述的外部控制电压；

控制器，所述控制器的输入端分别与所述第一采样电路的输出端、第二采样电路的输出端和第三采样电路的输出端连接，所述控制器的输出端与所述高边开关的控制端连接；所述控制器用于控制所述高边开关的导通和关断，其中：

所述控制器在确认所述第三采样电路采集到所述的外部控制电压时控制所述高边开关导通；

所述控制器在高边开关导通时将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与预设的电压阈值V1进行比较，如果KL30＜V1且KL30＜V1的持续时间超过预设的第一时间T1，则控制所述高边开关断开；

所述控制器从高边开关导通之时起经过预设的第二时间T2后，将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与第二采样电路采集到的起动机限流器输出端电压KLS之间的电压差KLD同预设的电压差阈值V2进行比较，如果KLD＞V2，则控制所述高边开关断开；

并且，所述控制器将所述高边开关导通的时间与预设的第三时间T3进行比较，如果高边开关导通的时间超过预设的第三时间T3，则控制所述高边开关断开；

所述预设的第二时间T2大于所述起动机限流器执行限流工作的时间，所述预设的第三时间T3比预设的第一时间T1和预设的第二时间T2都大。

5.如权利要求4所述的汽车起动控制系统，其特征在于，所述的高边开关为三极管、MOS管或继电器。

6.如权利要求4所述的汽车起动控制系统，其特征在于，所述控制器在检测到第三采样电路采集到的外部控制电压的上升沿时，将第一采样电路采集到的起动机限流器输入端电压KL30与预设的电压范围进行比较，若起动机限流器输入端电压KL30位于所述预设的电压范围内则控制所述高边开关导通。

7.如权利要求4所述的汽车起动控制系统，其特征在于，所述起动机限流器包括开关控制电路、限流电阻、限流支路开关和非限流支路开关；

所述开关控制电路的输入端与所述高边开关的输出端连接，开关控制电路的第一输出端和第二输出端分别与限流支路开关的控制端和非限流支路开关的控制端连接；所述限流支路开关的第一端与蓄电池的输出端连接，限流支路开关的第二端与所述限流电阻的一端连接，限流电阻的另一端与所述起动机通电开关电路的输入端连接；所述非限流支路开关的第一端与所述限流支路开关的第一端连接，非限流支路开关的第二端与所述限流电阻的另一端连接；

所述开关控制电路用于在接收到高边开关输出的外部控制电压时先控制起动机限流器的限流支路开关导通，在经过预定的延时时间t后再控制非限流支路开关导通，而在没有接收到高边开关输出的外部控制电压时控制限流支路开关和非限流支路开关都断开。

8.如权利要求4所述的汽车起动控制系统，其特征在于，点火开关起动控制电路由点火开关打开档继电器和点火开关起动档继电器组成，点火开关打开档继电器的常开触点与点火开关起动档继电器的常开触点相互串联。

9.如权利要求4所述的汽车起动控制系统，其特征在于，所述起动机通电开关电路由起动继电器构成，所述起动继电器的电磁线圈与所述点火开关起动控制电路的输出端连接，所述起动继电器的常开触点串联在所述起动机限流器的输出端与所述起动机之间。

10.如权利要求4所述的汽车起动控制系统，其特征在于，所述的控制器为MCU。